摘 要：采用RS485總線通訊技術，利用電子設備本身的資源，提出了一種基于個人計算機的低成本集散系統解決方案，應用于多家水泥廠的配料生產線控制，效果良好，取得了較大的經濟和社會效益。 關鍵詞：個人計算機 集散系統 RS485 數據采集模塊 變頻器 1． 引言 為數眾多的中小企業，在我國的國民經濟中占有重要地位，這些企業大多設備陳舊，技術落后，急需技術改造。利用現代電子信息技術改造傳統產業，是我國的一項基本產業政策，也是這類企業生存、發展、提高競爭力的迫切需要；但是現代集散系統的高昂成本，阻礙了在這類企業的應用。隨著現代電子信息技術的發展，各類電子設備特別是電子計算機的價格不斷下降，而綜合性能卻不斷提高，這就為低成本集散系統的開發提供了條件，在此基礎上，我們成功開發出一種適合中小企業的集散系統，在完全滿足性能要求的前提下，實現了低成本。 2．系統構成 中小企業集散系統一般規模較小，現場控制量不多。控制的變量主要有：開關量的輸入輸出，模擬量的數據采集，交流電機的起停、轉速控制等。根據上述特點，考慮與現代企業信息系統集成能力，我們按二級結構設計集散系統。 2．1 過程控制級： 采用通用微型計算機，內置工業以太網卡，通過工業以太網與企業信息管理系統、基礎控制計算機進行通信，完成系統監控功能。 2．2 基礎控制級： 基礎控制計算機也采用通用型微型計算機，內置工業以太網卡，通過工業以太網實現和上位機的通訊。同時在其標準的RS-232串行通訊接口上，裝設5V電源的光電隔離RS232/RS485轉換器，構成了一個RS485總線系統。RS485采用平衡發送接受方式，具有傳輸距離長，抗干擾能力強和多站功能。4017是遠端數據采集模塊，用于模擬量數據采集；4050是遠端控制模塊，用于開關量輸入輸出；變頻器為富士FRN7．5G11S型，用于交流電機的控制。在基礎控制級中，由基礎控制計算機作為主站，模塊和變頻器作為從站，組成了一個基于RS485通訊協議的主/從式網絡。 3. 系統軟件設計 3． 1 軟件的選擇 一般情況下，大型集散系統都是采用工控組態軟件如FIX，RSVIEW等制作上位機畫面，而用梯形圖語言實現PLC的編程。這種方案成本較高，所以現在小型集散控制系統中，趨向采用通用的高級語言設計工程軟件，如用VB，VC++，DELPHI等編制監控畫面。在這個方案中，我們采用VB編制上位機監控程序和基礎控制計算機控制程序，由于一般工程技術人員都能熟練掌握VB編程技術，這就避免了從頭開始培訓使用專業的組態軟件和PLC編程軟件，縮短了系統開發周期，也節省了購買大型組態軟件的費用。利用VB高級語言的強大功能可以很容易地實現數據庫管理，使監控和管理溶為一體，這也是一般的工控組態軟件所不能達到的。 3．2 基礎控制計算機與485接口設備通訊的實現 基礎控制計算機與遠端數據采集控制模塊、變頻器、其它485接口設備通過RS485總線構成了一個主從式的通訊網絡，基礎控制計算機作為主站，向遠端數據采集控制模塊和變頻器發出控制指令，而模塊和變頻器作為從站，收到控制指令后，執行指令并向主站發出回應信號，模塊、變頻器及其它485接口設備統一編址，都是具有不同站號的從站，主站輪流向每個從站發出控制信號，并接受不同的從站的返回信號，從而對每一個從站進行控制，并采集數據。從站和從站之間不能通訊。計算機、模塊、變頻器及其它485接口設備的通訊端口統一設置為：波特率 9600，偶校驗，數據位8位，停止位1位。 3.2.1 　4017與基礎控制計算機之間的通訊協議 向4017發出的報文（指令）結構如下： # 是單字節ASCII # 字符（值為23H），表示要求讀取模擬量輸入值； ADR 是兩字節ASCII碼，表示模塊地址； CR 是單字節ASCII CR字符（值為0DH），表示報文結束。 4017返回的報文如下： DATA0-DATA7都是七字節ASCII碼，表示0-7通道模擬量值，包含一位符號位，一位小數位，五個數字位。4017模擬量通道定義為±5 V。 CR 是單字節ASCII CR字符（值為0DH），表示報文結束。 3.2.2　4050與基礎控制計算機之間的通訊協議 向4050發出的報文結構如下： # 是單字節ASCII #字符（值為23H），表示要求改變模塊輸出狀態； ADR 是兩字節ASCII碼，表示模塊地址； NUL是兩字節ASCII NUL字符，（值為00H），表示改變全部8位狀態； DATA是單字節區域，表示8位輸出狀態； CR 是單字節ASCII CR字符（值為0DH），表示報文結束。 此時4050返回的報文如下： >是單字節ASCII > 字符（值為3EH），表示模塊已接受命令； CR 是單字節ASCII CR字符（值為0DH），表示報文結束。 3.2.3 變頻器及其它485接口設備與基礎控制計算機之間的通訊協議． FRN7．5G11S型變頻器是富士公司的5000系列變頻器中的一種，該系列變頻器功能十分強大，可以通過多種方式對電機進行控制，可以通過前面板上的按鍵進行本地控制，也可以通過開關量端子進行控制，還可以通過RS485端口進行遠程控制。 在實現計算機與變頻器通訊之前，必須首先設置變頻器的相關參數，根據實際需要，所設參數如下： H30：RS485連接功能。此參數為3時，從RS485口輸入的頻率設定和運行命令有效。 H31：用來設定變頻器的站地址。 H34：傳送速度，此參數為2時，為9600BIT/S。 H35：數據長度，此參數為0時，為8位。 H36：奇偶效驗，此參數為1時，為偶效驗。 H37：停止位，此參數為1時，為1位停止位。 由于本系列變頻器功能十分強大，向變頻器發送的命令種類很多，報文也有多種格式，在此只列一種。 變頻器啟動，停止，報文格式如下： SOH是單字節ASCII SOH字符，（值為01H），用來表示報文的開始。 ADR是雙字節區域，它包含了從站變頻器的地址。 ENQ是單字節區域，表示主站發出命令． f是單字節ASCII f字符，控制變頻器運行命令。 DATA是四字節區域，"0000"表示停止,"0001"表示正轉,"0002"表示反轉。 EXT是單字節ASCII EXT字符，（值為03H），用來表示報文的結束。 BCC是雙字節區域，用做報文效驗，它的值是報文中從LGE 到HSW所有字節之和的后兩位，若變頻器收到帶有錯誤結果的報文，它將放棄此報文并拒絕應答。 其它485接口設備包括積算儀表、沖板流量計等，都帶有類似協議。 3.2.4 基礎控制計算機通訊軟件的設計 MSComm控件是Microsoft 公司提供的ActiveX控件，它實現了從微機串口讀數據和向微機寫數據，通過改變其屬性，編寫相應的程序代碼，我們能夠比較方便地編出基礎控制計算機的通訊軟件。MSComm控件的主要屬性如下： Commport ：設置并返回通訊端口號，設置為1，即選擇串口1。 Settings：設置并返回波特率，奇偶效驗位，數據位，停止位。統一設置為"9600，8，e，1" . Portopen：設置并返回通訊端口狀態，用來打開或關閉端口。 Input：從通訊控件的緩沖區獲取數據，運行時為只讀。 Output：向傳輸緩沖區寫數據，此數據可以時文本格式或二進制格式，運行時為只讀。 InBufferCount：返回接受緩沖區的字符數，將其屬性設置為0用來清接受緩沖區。 Inputmode：設置或返回Input屬性取回的數據類型。置0為文本格式，置1為二進制格式。 以控制變頻器為例，變頻器地址為6時啟動電機程序如下： Dim X （7） as String MSComm. Settings="9600,e,8,1" MSComm. InBufferCount=0 MSComm .Inputmode= comInputmodeBinary X（0）= CHR$（01H）:X（1）="06":X（2）=CHR$（05H）:X（3）="f":X（4）="0001":X（5）= CHR$（03H） X（6）="92" X=X（0）+X（1）+X（2）+X（3）+X（4）+X（5）+X（6） MSComm. Output=X 3．3 監控軟件設計 監控軟件采用 VB編程語言編程。相對于其它高級語言，利用VB的圖象控件能夠比較容易地編制出美觀的監控畫面，利用WinSock實現Socke套接字完成局域網內的通訊，利用VB的數據庫功能實現歷史數據的存儲、報表打印，從而實現了監控功能。 4． 實際應用案例 河北遷安沙灤水泥廠一條生料配料生產線，兩條熟料配料生產線采用了該項技術，對每條生產線的七至八種物料進行配比控制。由DCS輸出開關量控制電振機將物料放入秤斗，輸入模擬量檢測重量，輸出開關量控制開關門電機將物料放出秤斗，從而控制每種物料達到工藝要求的流量和配比，并且集中監控各生產線的生產狀況。如果采用一般集散系統控制，設備費用約二十萬元左右，而采用該系統僅需要六、七萬元。實際運行表明，該方案滿足用戶要求，并能長期穩定運行。 5． 結束語 在小型的控制系統應用中，如果采用一些流行的過程控制網絡，那么在通訊，模擬量處理等方面，投資很大。本方案充分利用了計算機，變頻器本身的資源和通用的軟件技術，達到了降低成本的目的。在具有同樣性能的前提下，投資只有流行方案的35％～50％，目前已有二十余套系統成功地應用于企業生產過程中。